切削力计算的经验公式

切削力计算的经验公式

通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种：一是指数公式，二是单位切削力。

1 ．指数公式

主切削力(2-4)

背向力(2-5)

进给力(2-6)

式中F c————主切削力（N）；

F p————背向力（N）；

F f————进给力（N）；

C fc、C fp、C ff————系数，可查表2-1；

x fc、y fc、n fc、x fp、y fp、n fp、x ff、y ff、n ff ------ 指数，可查表2-1。

K Fc、K Fp、K Ff ---- 修正系数，可查表2-5，表2-6。

2 ．单位切削力

单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，见表2-2。

kc=Fc/A d=Fc/(a p·f)=F c/(b d·h d) (2-7)

式中A D -------切削面积（mm 2）；

a p ------- 背吃刀量（mm）；

f - ------- 进给量（mm/r）；

h d -------- 切削厚度（mm ）；

b d -------- 切削宽度（mm）。

已知单位切削力k c ,求主切削力F c

F c=k c·a p·f=k c·h d·b d (2-8)

式2-8中的k c是指f = 0.3mm/r 时的单位切削力，当实际进给量f大于或小于0.3mm /r时，需乘以修正系数K fkc，见表2-3。

表2-3 进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数

K fkc，K fps

切削力的来源、切削分力

金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性和塑性变形；同时工件与刀具之间的相对运动存在着摩擦力。如图2-15所示，作用在刀具上的力有两部分组成：

1. 作用在前、后刀面上的变形抗力F nγ和F nα ;

2. 作用在前、后刀面上的摩擦力F fγ和F fα。

这些力的合力F称为切削合力，也称为总切削力。总切削力F可沿x,y,z方向分解为三个互相垂直的分力Fc、Fp、Ff，如图2-16所示。主切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力；背向力Fp 总切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力；进给力Ff 总切削力在进给运动方向上的分力。

车削时各分力的实用意义如下：

主切削力F c 作用于主运动方向，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。

背向力F p 纵车外圆时，背向力F p不消耗功率，但它作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工件在水平面变形，影响工件精度，并易引起振动。F p是校验机床刚度的必要依据。

进给力F f 作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。

影响切削力的主要因素

1. 工件材料的影响

工件材料的物理机械性能、加工硬化能力、化学成分和热处理状态，都对切削力产生影响。

由表2-2可以看出，工件材料的硬度愈高，则切削力愈大。工件材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大。如1Cr18Ni9Ti 等不锈钢。

在普通钢中添加含硫或铅等金属元素的易切钢，其切削力比普通钢降低20～30％。

同一种材料热处理状态与金相组织不同，切削力也有很大差异。

切削脆性材料（如铸铁）时，塑性变形小，加工硬化小，切屑与前刀面接触少，摩擦小，因此切削力也较小。

2 ．切削用量的影响

如图2-17所示，背吃刀量a p和进给量f是通过对切削面积和单位切削力的变化而影响切削力的。背吃刀量a p增大，切削宽度b d也增大，剪切面积As和切屑与前刀面的接触面积按比例增大，第一变形区和第

二变形区的变形与摩擦相应

增大。当背吃力量增大一倍

时，切削力也增大一倍。进

给量f增大，切削厚度h d

增大，而切削宽度b d 不

变，这时剪切面积虽按比例

增大，第二变形区的变形未

按比例增大。而进给量增大，

平均变形变小，单位切削力

降低，因此，进给量f增大

一倍，切削力约增加70～

80％。

从上述分析可知，a p和f对切削面积的影响相同，但对单位切削力的影响不同。a p 增加时单位切削力不变，f 增加时，单位切削力减小，当切削面积A d相等时，为了减小切削力，可以选择大的进给量f，小的背吃刀量a p，即采用窄而厚的切屑断面形状。图2-18为车削45钢时，a p 与f对切削力影响的实验曲线。

切削速度v c对切削力的影响呈波浪形变化，如图

2-19所示。由切削变形一节所述可知，切削速度v c小于50m /min的围，随着速度的增加，积屑瘤由小变大又变小，切削力则随之由大变小又变大。速度v c继续增高，切削温度上升，切削力又下降，但变化较小。如v c从50m /min 增加至500m /min时，切削力减少约10％。生产中的高速切削技术就可减小切削力，提高切削效率。

3. 刀具几何参数的影响

(1) 前角的影响

在刀具几何参数中前角对切削力的影响最大。如图

2-20所示。前角愈大，

切屑易于从前刀面流出，切削变形小，从而使切削力下降，但前角γ0对三个切削分力的影响是不同的。同时，工件材料不同，前角的影响也不同，对塑性较大的材料，如紫铜、铝合金等，切削时塑性变形大，前角的影响较显著；而对脆性材料，如铸铁、脆黄铜等，前角的影响就较小。